【技术实现步骤摘要】
一种金属熔丝增减材和激光冲击强化复合的制造设备
本专利技术涉及增材制造
,具体涉及一种金属熔丝增减材和激光冲击强化复合的制造设备。
技术介绍
电弧熔丝增材制造(Wirearcadditivemanufacturing,简称WAAM)以其较快的成型效率以及材料利用率在诸多增材制造技术中脱颖而出,但由于其直接成型材料存在气孔、微裂纹、未融合等缺陷,目前领域内涌现出了一些针对这些缺陷的复合工艺方法和设备。申请号为201710500880.2的中国专利公开了一种电弧熔积与激光冲击锻打复合快速成型零件的方法及装置,该方法在电弧增材制造过程中结合了激光锻打,在熔融材料温度达到再结晶温度时进行冲击,用于消除内部气孔以及内部缺陷,从而提升成型质量。申请号为201610353372.1的中国专利公开了一种电弧增材与铣削复合加工方法及其产品,通过加入铣削来保证电弧增材制造过程中成型构件的尺寸精度。上述两种方法都能够起到改善电弧熔丝增材制造成型构件质量的效果,但也都存在着一定的缺陷。前者一方面在进行激光冲击强化时处于再结晶温度下,通过诱发动态再结晶实现晶粒细化,但其缺陷在于未考虑下一层熔化材料的热输入效应,后续强烈的热输入会导致晶粒进一步的长大,从而降低动态再结晶的晶粒细化效果;另一方面未添加保护层和约束层,会大大减小激光冲击强化在材料表面诱发等离子冲击波的强度,从而严重制约了激光冲击强化发挥更加深远的作用,同时激光导致的表面烧蚀有可能导致成型构件中夹杂大量的氧化物,降低整体材料的均匀程度。后者在增材制造完成后加入层 ...
【技术保护点】
1.一种金属熔丝增减材和激光冲击强化复合的制造设备,包括竖直升降平台(9),其特征在于:竖直升降平台(9)上设有水平x-y双轴移动平台(8),水平x-y双轴移动平台(8)的一侧设有WAAM工业机器人(10),另一侧设有铣削工业机器人(7),水平x-y双轴移动平台(8)的上方设有光束转折透镜(6),光束转折透镜(6)安装在光束转折架(4)上;光束转折透镜(6)经光束转折架(4)、光束准直透镜(3)接收高能脉冲激光器(2)的激光输出,光束准直透镜(3)、高能脉冲激光器(2)安装在光学平台(11)上;水平x-y双轴移动平台(8)的上方设有约束层-保护层自动敷设系统(5);/n所述的竖直升降平台(9)、水平x-y双轴移动平台(8)、铣削工业机器人(7)、WAAM工业机器人(10)、光束转折透镜(6)、光束转折架(4)、光束准直透镜(3)、高能脉冲激光器(2)、约束层-保护层自动敷设系统(5)和主控机(1)连接。/n
【技术特征摘要】
1.一种金属熔丝增减材和激光冲击强化复合的制造设备,包括竖直升降平台(9),其特征在于:竖直升降平台(9)上设有水平x-y双轴移动平台(8),水平x-y双轴移动平台(8)的一侧设有WAAM工业机器人(10),另一侧设有铣削工业机器人(7),水平x-y双轴移动平台(8)的上方设有光束转折透镜(6),光束转折透镜(6)安装在光束转折架(4)上;光束转折透镜(6)经光束转折架(4)、光束准直透镜(3)接收高能脉冲激光器(2)的激光输出,光束准直透镜(3)、高能脉冲激光器(2)安装在光学平台(11)上;水平x-y双轴移动平台(8)的上方设有约束层-保护层自动敷设系统(5);
所述的竖直升降平台(9)、水平x-y双轴移动平台(8)、铣削工业机器人(7)、WAAM工业机器人(10)、光束转折透镜(6)、光束转折架(4)、光束准直透镜(3)、高能脉冲激光器(2)、约束层-保护层自动敷设系统(5)和主控机(1)连接。
2.根据权利要求1所述的一种金属熔丝增减材和激光冲击强化复合的制造设备,其特征在于:所述的高能脉冲激光器(2)为采用了Q-switched技术的Nd:YAG脉冲激光发射器,其具体技术参数为:可变光斑直径:0.1~20mm,波长1064nm或532nm,纵向重叠率0~90%,横向重叠率0~90%,脉冲能量0.1~50J,脉宽3~30ns,频率0.5~10Hz。
3.根据权利要求1所述的一种金属熔丝增减材和激光冲击强化复合的制造设备,其特征在于:所述的光束准直透镜(3)能够将高能脉冲激光器(2)发射的具有发散角的激光变为平行激光,使其能够通过光束转折透镜(6)投射到水平x-y双轴移动平台(8)上;光束转折透镜(6)选用高击穿阈值的转折透镜。
4.根据权利要求1所述的一种金属熔丝增减材和激光冲击强化复合的制造设备,其特征在于:所述的竖直升降平台(9)能够实现竖直方向上的移动;水平x-y轴移动平台(8)由两个水平方向移动且移动方向互相垂直的滑台组成。
5.根据权利要求1所述的一种金属熔丝增减材和激光冲击强化复合的制造设备,其特征在于:所述的约束层-保护层自动敷设系统(5)包括两个水平平行滑台(501),每个水平平行滑台(501)上连接有两个竖直平行滑台(502),一个水平平行滑台(501)上的两个竖直平行滑台(502)之间连接有保护层被动轮(509),另一个水平平行滑台(501)上的两个竖直平行滑台(502)之间连接有保护层主动轮(504),保护层主动轮(504)通过联轴器(505)和步进电机(506)连接,步进电机(506)通过电机支架(507)固定;
每个竖直平行滑台(502)的滑块部分上安装有连接块(503),四个连接块(503)之间连接有“X”形架(508),“X”形架(508)的中间设有约束层(510);
所述的保护...
【专利技术属性】
技术研发人员:黄科,井龑东,席乃园,方学伟,张琦,卢秉恒,
申请(专利权)人:西安交通大学,
类型:发明
国别省市:陕西;61
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